Lực từ là gì? Quy tắc bàn tay trái và bài tập vận dụng

Lực từ là gì? Quy tắc bàn tay trái và bài tập vận dụng 1. Lực từ 1.1. Khái niệm lực từ
Lực từ là lực của từ trường tác dụng lên một vật mang hạt điện tích chuyển
động (khung dây, đoạn dây, vòng dây tròn có điện...). 1.2. Từ trường đều
Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau ở mọi điểm. Các
đường sức từ là những đường thẳng song song, cách đều và cùng chiều nhau.
Từ trường đều có thể được tạo thành giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.
1.3. Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện
Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường
đều có cạnh vuông góc với các đường sức từ. Nó vuông góc với đoạn dây
dẫn, có độ lớn phụ thuộc vào từ trường và cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.
1.4. Ứng dụng trong cuộc sống của lực từ
Sản xuất vật gia dụng như bếp từ, cục sạc điện thoại, nam châm điện, máy phát, máy biến thế...
Trong máy tìm kiếm kim loại, phanh hãm điện từ, rơ le điện từ... Nói chúng
các thiết bị có cuộn cảm thường áp dụng cảm ứng điện từ. 2. Lực điện từ
Theo mô hình chuẩn của ngành vật lý thì lực điện từ là một trong số bốn
nguồn lực cơ bản của tự nhiên. Lực điện từ được mang bởi các photon và
chịu trách nhiệm về cấu trúc nguyên tử, lực hút và lực đẩy liên quan đến điện
tích và từ tính, các phản ứng hóa học và tất cả các hiện tượng điện từ khác
Lực điện từ có biên độ vô hạn và tuân theo định luật bình phương nghịch đảo.
Lực điện từ mạnh hơn lực yếu và lực hấp dẫn nhưng yếu hơn lực hạt nhân mạnh.
Đây là lực nằm trong bản chất của hầu hết các loại lực mà con người hiện tại
quan sát được trong thực tế cuộc sống hàng ngày (ngoại trừ lực hấp dẫn của
trái đất). Hầu hết mọi tương tác giữa các nguyên tử đều có thể quy được về
lực điện từ giữa eletron và proton nằm bên trong. Lực này sinh ra:
- Tương tác giữa các phân tử
- Các lực kéo và đẩy khi tiến hành tác động cơ học vào các vật
- Tương tác giữa các quỹ đạo của electron
- Điều khiển các phản ứng hóa học 3. Cảm ứng từ
3.1. Khái niệm cảm ứng từ
Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh
yếu của từ trường và được đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên một
đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm
đó và tích của cường độ dòng điện và chiều dài đoạn dây dẫn đó.
3.2. Đơn vị cảm ứng từ
Trong hệ SI đơn vị cảm ứng từ là Tesla (T).
3.3. Véc tơ cảm ứng từ Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm có:
- Hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó - Độ lớn là:
3.4. Biểu thức tổng quát của lực từ Lực từ tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện
đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là có:
- Điểm đặt tại trung điểm của - Phường vuông góc với và
- Chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái - Độ lớn
4. Quy tắc bàn tay trái
4.1. Khái niệm quy tắc bàn tay trái
Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào
lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện
thì ngón tay cái choãi ra 90 độ chỉ chiều của lực điện từ.
Quy tắc này dựa trên cơ sở lực từ tác động lên dây dẫn theo biểu thức toán học: Trong đó: -
biểu thị cho đại lượng lực từ
- biểu thị cho đại lượng cường độ dòng điện -
biểu thị cho vectơ có độ dài mà bằng độ dài đoạn dây điện hoặc dây dẫn
và hướng theo chiều của dòng điện -
biểu thị cho vectơ cảm ứng của từ trường
Để xác định quy tắc bàn tay trái, hãy đặt bàn tay sao cho các đường sức từ
hướng vào bên trong lòng bàn tay. Dòng điện có chiều từ cổ tay đến ngón
giữa. Hướng của lực từ là hướng ngón tay cái duỗi ra một góc 90 độ. Đặt bàn
tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay
đến ngón giữa là chiều dòng điện, ngón cái xòe một góc 90 độ chỉ chiều của lực điện từ
Quy tắc bàn tay trái dùng để biểu diễn một vectơ có hướng vuông góc với
mặt phẳng quan sát và hướng về phía người quan sát.
4.2. Ứng dụng quy tắc bàn tay trái
Ngoài hóa học và vật lý, quy tắc bàn tay trái còn được ứng dụng trong sinh
học. Đặc biệt là trong việc xác định sự di chuyển của các loại phân từ và
phản ứng sinh học. Nó cũng được sử dụng trong một số ứng dụng kỹ thuật
như trong việc điều khiển các robot hoặc các thiết bị tự động.
Quy tắc bàn tay trái giúp xác định sự tương tác và sự tương tác của các lực
trong các hệ thống phức tạp như trong các phản ứng hóa học, các từ trường
hay sự cảm ứng điện từ. Đảm bảo tính nhất quán trong việc mô tả các hiện
tượng vật lý và hóa học. Nhằm giúp người nghiên cứu hiểu rõ về các quá
trình diễn ra trong tự nhiên.
5. Bài tập liên quan đến lực từ, vecto cảm ứng từ và quy tắc bàn tay trái
Bài tập 1. Bạn hãy xác định chiều của lực điện từ, chiều của dòng điện và
chiều đường sức từ cùng tên từ cực trong các trường hợp đã được biểu diễn dưới hình sau.
Được biết (•) dùng để biểu diễn vectơ có phương vuông góc với mặt phẳng
cần quan sát, có chiều rời xa người quan sát. (+) dùng để biểu diễn vectơ có
phương vuông góc với mặt phẳng cần quan sát, có chiều hướng về phía người quan sát. Lời giải
Áp dụng quy tắc nắm bàn tay trái ta sẽ xác định được chiều của lực điện từ
(F), chiều của dòng điện (I), chiều đường sức từ và tên từ cực, đáp án như hình vẽ dưới đây:
Bài tập 2. Cho giả thiết đoạn dây dẫn MN có khối lượng (m), mang dòng điện
(I) có chiều như hình vẽ dưới đây, được đặt vào trong từ trường đều có vectơ
(B). Bạn hãy biểu diễn lại các lực tác dụng lên đoạn dây dẫn MN (ở đây bỏ
qua khối lượng dây treo). Lời giải
Từ hình vẽ trên ta có các lực tác dụng lên đoạn dây dẫn MN bao gồm:
- Trọng lực (P) được đặt tại trọng tâm (ngay chính giữa thanh), có chiều hướng xuống dưới
- Lực căng dây (T) sẽ đặt vào điểm tiếp xúc của sợi dây và thanh, chiều hướng lên trên
Áp dụng quy tắc nắm bàn tay trái ta có thể xác định được lực từ (F) có
phương thẳng đứng, chiều hướng lên trên như ở hình 2.
Bài tập 3. Cho một đoạn dây dẫn AB có thể trượt tự do trên hai thanh ray dẫn
điện MC và ND được đặt trong từ trường mà có đường sức từ vuông góc với
mặt phẳng MCDN như hình vẽ sau đây, có chiều đi từ phía sau mặt tờ giấy
về phía mắt ta. Hỏi thanh AB sẽ chuyển động được theo hướng nào? Lời giải
Áp dụng quy tắc nắm bàn tay trái. Ta có hướng lực từ theo lực điện từ của F1.
Vậy nên, đáp án chính xác của bài tập này là hướng F1.
Bài tập 4. Mặt cắt thẳng đứng của một đèn hình trong máy thu hình được vẽ
như bên dưới. Tia AA' tượng trưng cho chùm electron đến đập vào màn
huỳnh quang M, các ống dây L1, L2 dùng để lái chùm tia electron theo
phương nằm ngang. Chùm tia electron chuyển động từ A đến A' thì lực điện
từ tác dụng lên các electron có chiều như thế nào? Lời giải
Chiều dòng điện ngược chiều với chiều chuyển động của các electron tức là
từ A' đến A. Áp dụng quy tắc bàn tay trái. Chiều lực từ thẳng góc với mặt
phẳng tờ giấy và từ sau ra trước.
Bài tập 5. Một dây dẫn thẳng dài vô hạn, dòng điện chạy trong dây có cường
độ I = 10A. Hãy xác định độ lớn cảm ứng từ do dòng điện trên gây ra tại điểm M nằm cách dây dẫn 5 cm. Lời giải
Cảm ứng từ tại M: BM = 2.10-7. = 2.10-7. = 4.10-5
Document Outline

• Lực từ là gì? Quy tắc bàn tay trái và bài tập vận
  • 1. Lực từ
    • 1.1. Khái niệm lực từ
    • 1.2. Từ trường đều
    • 1.3. Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên
    • 1.4. Ứng dụng trong cuộc sống của lực từ
  • 2. Lực điện từ
  • 3. Cảm ứng từ
    • 3.1. Khái niệm cảm ứng từ
    • 3.2. Đơn vị cảm ứng từ
    • 3.3. Véc tơ cảm ứng từ
    • 3.4. Biểu thức tổng quát của lực từ
  • 4. Quy tắc bàn tay trái
    • 4.1. Khái niệm quy tắc bàn tay trái
    • 4.2. Ứng dụng quy tắc bàn tay trái
    • 5. Bài tập liên quan đến lực từ, vecto cảm ứng từ